一次春季罕见的暴雨天气过程成因分析

作者：黎文秀 余长光

来源：《城市建设理论研究》2014年第18期

摘要：湖南省永州市地处湖南南部山丘区，暴雨、大暴雨气象灾害是其主要的气象自然灾害，但在春初3月份出现暴雨的概率较低。分析永州市2013年3月25日晚～2013年3月26日罕见的一次暴雨天气过程其高低空环流形势、卫星云图演变特征、雷达图像表述及水汽和热力及动力条件的变化情况，即产生暴雨的综合成因分析，得出北方冷空气和西南暖湿气流在永州上空交汇，水汽充分、不稳定层结十分具备、抬升触发机制明显是产生此次暴雨的主要原因，并从卫星云图、多普勒雷达回波、物理量的诊断来全面分析产生此次暴雨的物理机制，就有可能全面分析并预报这样春季罕见的暴雨天气过程，为气象防灾减灾作出我们一份应有的贡献。

关键词：春季暴雨； 天气形势 ；成因分析；永州市 中图分类号： P44 文献标识码： A 1 引 言

永州市地处湖南南部山丘区，是暴雨、大暴雨出现较多的地区，同时暴雨也是永州地区主要的气象自然灾害，但在3月份出现暴雨的概率并不高。 2013年3月25日20时～2013年3月26日16时永州市出现了一次历史上罕见的全市范围内的暴雨天气过程（见下图1）。其间，永州市8个县区累积降雨量≥50mm ，其中祁阳站达75.7mm。全市区域自动气象监测站雨量显示，累积降雨量≥100mm的站数3个，≥50mm的站数202个，≥25mm的站数320个，最大累积降雨量出现在祁阳的保定安（119.3mm），各县区区域自动气象监测站累积平均降雨量为39.7mm(江华) ～59.3mm（道县）。

受暴雨灾害影响，同时多个县、乡镇街道遭渍受灾，部分村组稻田、油菜、蔬菜、苗木等作物被淹，居民住房受洪水浸泡受损，给人民群众的生产生活带来了较大影响。因暴雨致短时的山洪地质灾害，有近50栋房屋倒塌，受灾人口16680人，转移安置人口303人，造成直接经济损失达690万元。农作物受灾面积495公顷，成灾360公顷，绝收151公顷，仅农业生产损失就达480多万元。因此，分析春季罕见的暴雨天气过程的成因在县站气象预报服务上是十分必要的。

2 一次春季罕见的暴雨成因分析 2.1 大气环流背景及主要影响系统演变

2013年3月25日08时，高空500hPa图上（见下图2）在贝加尔湖西北部有一个冷涡，冷涡南部北支槽位于甘肃、青海东部，南支槽较浅，发展不强，副热带高压仍处洋面上，我国大陆气流较平直，多波动。

700hPa图上在四川北部有一低涡，从涡中心延伸出来的暖式切变线已伸到湖北南部，同时，从北部湾到湖南西部有12～18m/s的西南风，西南急流已基本建立[1]。 850hPa图上低涡位于四川与贵州交界处，我市有10m/s的偏南风。

25日20时，500hPa图上冷涡缓慢向东南方向移动，700hPa图上低涡消失，暖式切变仍维持在湖北南部，850hPa湘北转弱的偏东风，永州市南风加大在湘中到黔桂交界有一明显的切变切，正逐渐向冷式切变转变，我市开始出现强对流天气和短时强降雨[2]。

26日08时，700hPa图上切变线位于湘中，850hPa图上我市存在明显的东北气流和西南急流之间的风向辐合，我市北部已经逐渐转受东北气流控制，雨势减弱，南部降雨仍维持，但随着切变线进一步南压至华南，至16时，降水基本停止。

地面图上（见下图3），冷空气早在23日20时就开始从贝加尔湖南下，前锋已至华北地区，到24日20时冷高压主体南下，前锋已至我市，25日08时，冷高压中心已经东移至山东半岛，前锋南下至华南，地面低压中心位于西南三省交界，冷暖势力相当，到20时，冷高压主体逐渐东移入黄海，低压缓慢东伸，中心位于云南南部，低压倒槽出现，槽线由我市北部延伸到湖南、江西北部，我市北部开始出现雷雨和短时强降雨等强对流天气[3]。到26日08时，已东移的冷空气倒灌渗透影响我地，低压倒槽转变为冷锋，地面锋线南压至华南地区，我市雨势转平稳。

图1：永州市2013年3月25日20时～26日16时雨量资料

图2： 2013年3月25日08时500hPa高度场资料图 图3： 3月25日20时～26日08时地面锋面演变图

2.2 中尺度特征分析

卫星资料分析：25日20时（见下图4共六幅），从湖南中部到贵州东南部有一片较强对流云带，云带的最低气温＜-60℃，永州北部开始出现雷雨大风和短时强降雨等强对流天气，该对流云带在永州北部的影响时间超过2小时，22时对流云带断裂，云带的东部减弱，西部维持。到26日00时，强对流云带的最低气温＜-50℃，主要是影响永州南部，强降雨中心向南部发展。26日02时，北部对流云带的最低气温大部分超过-40℃，强降雨中心位于南部，但已经有所减弱。26日04时，整个强对流云带进一步减弱，在南部个别地方仍存在强降水，北部大部分地区雨强减弱。26日08时以后，强对流云带转变为东北-西南向的对流云带东移，对永州的影响趋于结束。从强对流云带的云顶亮温上来看，这次过程最低气温都在-70℃以上，强对流天气并不剧烈，以雷暴、短时强降水为主。

图4： FY-2ETBB（分别是25日20时、22时及26日00时、02时、04时、08时）

雷达资料分析：主要分析基本反射率，26日01时（见下图5a），雷达回波表现是积状云降水回波，回波呈东北－西南向的不连续带状分布，回波长度超过300km，宽度约为50km，主要影响永州北部，最强回波强度超过50dBz。03时（见下图5b），回波范围扩大，开始表现为积层混合云降水回波，北部回波强度有所减弱，在40dBz以下，中南部开始加强，已出现45～50dBz的强回波中心。26日05时（见下图5c），永州大部回波強度在35dBz以下，强回波中心位于永州南部边缘县区，强度超过55dBz，开始表现为层状云降水回波的特征，移动速度缓慢。26日07时（见下图5 d），层状云降水回波强度开始减弱，大部分不超过30dBz。09时（见下图5c）回波强度都在40dBz以下，北部回波强度在25dBz以下。11时（见下图5e），回波范围减小，强度也不强，永州北部降水已经停止，南部仍残留弱降水，此次降水过程步入尾声。从雷达基本反射率分析可知，这次过程的雷达回波前期是积状云降水回波，中期是积层混合云降水回波，后期是层状云降水回波[4]。前期回波强度强，降水强度也大，且伴有雷雨大风等强对流天气。中后期虽然回波强度不强，但回波移动缓慢，维持时间长，造成的累积降雨量也比较大[5]

图5： 26日01:01(a)、03:02(b)、05:04(c)、07:05(d)、09:01(e)、11:02(f) （每隔2小时）永州雷达1.5°基本反射率

2.3 物理量诊断分析

水汽条件:从可降水量和850hPa相对湿度上看(见下图6共六幅），08时随着700hpa西南急流的产生，来自孟湾的水汽为长江中下游和华南地区提供了充足的水汽。25日14时，整个华南和两湖地区都处于相对湿度大值处中，特别是永州可降水量在30～35 kg/ m^2间，处水汽辐合中心。特别在25日20时到26日08时这段强降水时段，永州地区可降水超过40 kg/ m^2，湿度也处近饱和状态，为永州暴雨的产生提供良好的水汽[6]。后期随着切变线南压至南岭一带，强水汽辐合中心南移至广东、福建沿海，相对湿度和可降水量都随之减少，我市降水减弱。

图6：(每隔6小时）可降水量（等值线，单位：kg/ m^2）和850hPa相对湿度（色斑％）

动力及热力条件分析：由850hPa假相当位温（θse）和700hpa垂直速度的叠加情况（见下图7共四幅）来看，25日20时，湘南及两广处在假相当位温的高值区，具有较高的不稳定能量和不稳定层结，能量锋区（假相当位温密集带）和垂直上升区位于湘中偏南[7]。26日02时到08时，能量锋区能维持在湘中偏南，锋区的存在有利于触发强对流天气，永州处在能量锋区和垂直上升区，这段时期大部分地区出现短时的强降雨天气，特别是永州南部出现了小时雨量达38mm的站，在26日08时后能量锋区南压至广东、广西、湖南三省交界处，垂直上升区也向南发展，此后，永州南部的垂直上升运动开始减弱，强降雨也随之减弱，转为连续的中等强度降雨天气[8]。26日20时以后，随着能量锋区南压到华南北部，永州处假相当位温的低值区，永州的降雨也基本停止。由此说明，强降雨与假相当位温的演变有很好的对应关系，强降雨主要位于能量锋区及其南部区域，降雨的落区和移动趋势与能量锋区的移动密切相关[9]。

图7： 700hPa垂直速度（色斑，单位: Pa.s-1）和850hPa假相当位温（等值线，单位: ℃） 3 结 论

(1)暴雨过程前南风地面增温增湿对暴雨发生起到水汽储备重要作用。同时有利于不稳定层结形成与能量积累，配合冷空气南下触发了这次强对流天气过程。地面西南倒槽及中低层切变线是这次强对流天气过程的触发机制[10]。

(2)通过中尺度特征分析，发现此次过程，局地对流较剧烈，但大部分地区以持续性降水为主。

(3)强降雨与假相当位温的演变有很好的对应关系，强降雨主要位于能量锋区及其南部区域，降雨的落区和移动趋势与能量锋区的移动密切相关。 参考文献

[1]张新主.1999-2008年湖南省暴雨特征分析.自然灾害学报.2011(1)

[2]张新主,章新平,张剑民,谢自楚.湖南一次特大暴雨过程中的中尺度系统结构特征和发展机理分析.中美定量降水监测与预报国际研讨会论文摘要文集.2005

[3]黄小玉,陈媛,顾松山,周雨华,陈章法,于华英,夏正龙.湖南地区暴雨的分类及回波特征分析[J]. 南京气象学院学报.2006(05)

[4]毛冬艳,周雨华,张芳华,郭文华,杨克明.2005年初夏湖南致洪大暴雨中尺度分析[J].气象.2006(03)

[5]申林.1999-2008年湖南省暴雨特征分析.自然災害学报.2011(1) [6]张晓东.一次大暴雨雷达回波特征及数值模拟[J]. 气象科技. 2010(05)

[7]慕建利,王建捷,李泽椿.2005年6月华南特大连续性暴雨的环境条件和中尺度扰动分析[J]. 气象学报. 2008(03)

[8]孙建华,赵思雄.华南“94·6”特大暴雨的中尺度对流系统及其环境场研究 Ⅰ.引发暴雨的β中尺度对流系统的数值模拟研究[J]. 大气科学. 2002(04)

[9]孙健,赵平,周秀骥.一次华南暴雨的中尺度结构及复杂地形的影响[J]. 气象学报. 2002(03) [10]黄元森,谢丹,刘恭民.1999-2008年湖南省暴雨特征分析.自然灾害学报.2011(1)